熱電廠循環水供熱的設計熱電廠循環水供熱的設計青島開源熱力設計院劉欣摘要：本文闡述了熱電廠循環水供熱節能原理、最優方案的確定，及設計、運行的基本方法。關鍵詞：熱電廠節能循環水作者在主持某熱電廠循環水供熱建設方案設計及經濟分析過程中，對小型熱電廠利用冷卻塔循環水供熱進行了研究。在本文中對循環水供熱方案進行了探討，以期在同行中進行討論。一、循環水供熱對于節能的意義根據國家發改委預測，到2020年我國GDP將翻兩番。如果按照現有的社會經濟發展模式推算，屆時我國每年的能源消耗量將從現在的14億噸標煤，增大到56億噸。這一巨大的能源消耗量成為制約我國社會經濟發展的瓶頸。鑒于我國目前高投入、高能耗、低產出的現狀，推進提高能效、節約資源的工作，已到了刻不容緩的時刻。聯系到我們所從事的行業，建筑能耗約占全國總能耗的1/4-1/3；而供熱、空調、制冷能耗又占到建筑能耗的1/3。特別是供熱行業，至今仍處于粗放經營階段，因此節能降耗存在著巨大的潛力。國內熱電廠純凝機組或抽凝發電機組在其安全發電的同時，存在著能耗高、經濟性差的問題。主要原因是機組中作完功的乏汽排入凝汽器后，熱量被循環水帶走，通過冷卻塔排入大氣，造成較大的冷源損失。在文獻資料中，一般凝汽式電廠的循環熱效率只能達到30～40%，其它熱量白白損失掉了，而其中最大的就是凝汽器的冷源損失，約占總損失的60%。為提高能源利用率，降低小型汽輪機組的冷源損失，提高熱經濟性，冬季采暖期可以將汽輪機組的冷源損失加以利用，即循環水所攜帶的熱量不是被排入

大氣，而被輸送到供熱用戶取暖用。這樣對電廠而言，既節能、又經濟，還環保，符合國家大力提倡的節能降耗政策。二、循環水供熱節能原理汽輪機低真空循環水供熱是為了滿足節能和環保要求而發展起來的一項節能技術。其基本原理是在發電過程中，將凝汽器真空度降低，相應的排汽壓力和排汽溫度隨之升高，同時減少冷卻汽輪機乏汽的循環水量，將凝汽器循環水出口溫度提高到70℃左右，循環水直接作為采暖用水為熱用戶供熱，實現汽輪機低真空循環水供暖的目的。圖1為汽輪機低真空循環水供暖系統示意圖。圖2為凝汽運行和低真空運行時的溫熵圖。其效益可從圖中看得更為清楚。汽輪機發電機循環泵去除氧器熱用戶圖1汽輪機低真空循環水供暖系統示意圖由圖1可以看出，汽輪機改為低真空供熱后，熱用戶實際上就成為熱電廠的“冷卻塔”，汽輪機的排汽余熱可以得到有效利用，避免了冷源損失，大大提高了熱電廠能源的綜合利用率。尖峰負荷時通過尖峰加熱器對循環水進行二次加熱，以滿足尖峰供熱負荷的要求；當需要較低的供熱水溫時，可以減少汽輪機的電負荷，從而減少汽輪機的排汽量，真空相應升高；當循環水達到一定溫度要求而保持不變時，保持電負荷不變，排真空亦不變。四、循環水供熱方案的確定由于各供熱企業供熱負荷的發展并不是一步到位，另外考慮建設投資等情況，在循環水供熱方案的確定上應根據實際工程情況確定合理的供熱方案。以筆者主持設計的某熱電廠循環水供熱方案為例：某企業熱電廠內設置一臺C25-4.9/0.981型汽輪機、凝汽器機組(相關設計參數詳見表1)進行技改后，冬季供暖期間投入循環水供居民采暖，采暖期間，機組主要技術參數見表2。表1汽輪機組相關設計參數表2汽輪機組循環水供暖運行時主要技術參數根據該凝汽機組最小~最大排汽量（約20~120t/h）、循環水采暖經濟性的分析，以及管網敷設條件、走向等，確定若采用低溫循環水供熱系統最小供熱面積為70萬m，最大供熱面積約為140萬m。但通過負荷統計，在供熱范圍內近期負荷只有約90萬m，且各負荷分散分布于供熱范圍內，而遠期供熱總負荷共約300多萬m。由于低溫循環水供熱系統無法滿足遠期供熱負荷發展的需要，若采用其它抽汽供熱方式相結合的模式，又會造成該區域供熱管道重復設置，增加管道敷設難度以及投資增大的弊端。因此確定根據負荷發展的不同階段，采用不同的循環水供熱方式：負荷發展初期采用低溫循環水供熱系統，當供熱負荷超過140萬m時，采用高溫循環水混水供熱系統。該方案采用低溫循環水系統供熱時設計供熱面積為140萬m。設計溫度確定采用65℃/50℃熱水（凝汽器出口/進口），循環設計溫差15℃，循環流量4521.6t/h。可滿足冬季大部分時間采暖的需求。當室外溫度較低時，為了滿足尖峰供熱負荷的需要，本方案在系統中設置尖峰加熱器，在尖峰負荷時通過尖峰加熱器對循環水進行二次加熱，以滿足尖峰供熱負荷的要求。采用高溫循環水混水系統供熱時設計供熱面積為304.2萬m。當供熱負荷超過140萬m時，在各供熱小區設置混水站，混水后采暖供回水溫度同低溫循環水供熱系統參數。通過計算，高溫循環水供回水設計溫度采用79℃/50℃熱水（供熱面積為304.2萬m時電廠循環水出/進口），循環設計溫差29℃，循環流量4961.4t/h。凝汽器出口/進口溫度為65℃/50℃。由于該凝汽器循環流量要求保持在一定流量范圍（4500~5500t/h）方可正常運行，因此該系統主要采用質調節，也就是保持回水溫度不變，采用調節供水溫度來滿足供熱負荷的變化。若負荷發展超過304.2萬m，可通過增加尖峰換熱器，提高抽汽量、循環水供水溫度，增大循環溫差來滿足供熱負荷的需要。五、循環水供熱系統簡介循環水供熱系統工藝流程如下圖所示。從上圖可知，汽輪機-凝汽機組的原有冷卻循環水系統不用做大的改動（非采暖工況運行），只是在凝汽器入口及出口管道上接入循環水供熱系統。循環水供暖系統包括熱網循環水泵、尖峰加熱器、凝汽器、除污器，以及補水系統和軟化水系統（或加藥系統）。供熱時將冷卻系統切斷，開啟供熱循環泵。經過熱用戶放熱后的采暖循環回水經過除污器除污，進入凝汽器吸收蒸汽凝結汽化潛熱后，由熱網循環水泵升壓，輸送至熱用戶，也可通過尖峰加熱器加熱后再輸送至熱用戶。循環水泵設置在凝汽器出口管側是為了防止凝汽器超壓。使凝汽器不承受較高的壓力，凝汽器所承受的是0.25Mpa左右的回水壓力，它和機組按額定工況運行時凝汽器所承受的循環水泵出口壓力基本相同。為了進一步保證系統安全，防止凝汽器超壓，在循環水泵入口母管上裝設重鍾式安全閥。同時，取自回水母管上的壓力信號自動開啟通往水塔的電動閥門，向水塔放泄。為保證凝汽器安全，通往水塔泄壓管可根據回水壓力和冷卻塔進水管高度采用敞開式，這也是最原始最可靠的安全措施，此時可不設安全閥。循環水泵出入口之間裝設了止回閥聯通管路，以防止發生事故時產生水錘。系統采用工業水作為補水定壓，定壓點為凝汽器入口循環水回水管道，靜壓定為0.25Mpa。或者采用旁通管定壓方式。為了防止熱用戶暖氣片和凝汽器鋼管結垢，影響傳熱效果。系統應設置水處理裝置。水處理方式可根據當地水質等具體情況，采用加藥水處理或設置全自動軟化水系統等方式。六、結論：循環